美國晶鉆CoCo80機械振動故障監測分析儀
CoCo80 是*個集振動數據采集儀、動態信號分析儀和長時間數據記錄儀于一體的手持式設備。其中動態信號分析（Dynamic Signal Analysis ，DSA）功能適用于所有信號頻率在0~100KHz 之間的信號分析應用，這些信號可以來自于機械、電子、地球物理、網絡、通信、液壓等任何感興趣的系統。

　　美國晶鉆CoCo80機械振動故障監測分析儀

　　美國晶鉆儀器(Crystal Instrument)公司

　　美國晶鉆儀器(CI)公司位于加州硅谷，1996年正式成立，是一家活躍在嵌入式系統開發、測試儀器、數字信號處理技術的高技術公司。在過去10余年的發展過程中，開發的振動測試、信號分析和數據采集產品廣泛用于各國軍工、航空、航天、汽車和電子領域。終端客戶包括波音、NASA、歐洲航天局、美國福特、通用、IBM、思科、戴爾等上百家著名公司。

 

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　　特別在振動控制器和動態信號分析儀方面取得了一系列成果，如2000年發布Laser系列振動控制器，對業界產生了革命性的影響，目前占50%*,后為LDS收購;除產品外CI還提供硬件及軟件定制開發的工程服務。公司擁有30多名開發工程師，在計算機、電子技術、機電控制及其它相關工程領域具有豐富的經驗 ，CI的工程師在數據采集、實時控制及信號分析領域擁有多項磚利。

　　2007年后，CI公司相繼發布了新一代的動態信號分析儀CoCo80和Spider80在業內引起廣泛關注，和用戶的一至好評。

　　目前美國CI公司下設：市場與銷售(北美、海外)、軟件工程部、DSP工程部、硬件工程部、及生產管理部等部門，有員工50多人，其中核心研發人員30多人。

　　CI公司對產品質量有著嚴格的要求，所有產品均由加州硅谷著名的電子儀器代工廠Electromax制造生產。(Electromax為高科技電子產業提供一系列的制造解決方案，公司擁有自動裝配和測試設備領域內的*技術，擁有50，000平方英尺的級生產設施，能夠支持的從新品發布到批量生產全過程的項目。

 

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　　CoCo80 機械振動點檢儀功能說明

　　總述

 

　　CoCo80 是*個集振動數據采集儀、動態信號分析儀和長時間數據記錄儀于一體的手持式設備。其中動態信號分析(Dynamic Signal Analysis ，DSA)功能適用于所有信號頻率在0~100KHz 之間的信號分析應用，這些信號可以來自于機械、電子、地球物理、網絡、通信、液壓等任何感興趣的系統。而振動數據采集儀(Vibration Data Collector,VDC)功能主要用于測試分析旋轉機械設備，其提供了一個方便的振動數據采集方式，可以通過預定義的巡檢路徑進行采集，也可以直接現場采集并進行分析。

　　CoCo80 硬件上有2，4，8 個輸入通道三種配置。當在VDC 模式下運行時，CoCo80 的通道1 同樣可以被設置為轉速測量通道，從而在采樣旋轉機械或往復式機械的振動數據的同時，對設備轉速進行同步測量。

　　在CoCo80 上動態信號分析儀模式和振動數據采集儀模式具有不同的用戶界面。其風格和設置習慣是不同的，以針對這兩個不的工業領域。當系統啟動時，用戶可以選擇進入其中某一種模式。VDC 模式的用戶界面設計為快速進行數據采集并且簡單易用，而更專業專注于研究與開發工作的用戶可以選擇DAS 模式，而不用VDC.

　　工程數據管理軟件EDM(Engineering Data Management)是運行于微軟Windows (XP,Vista)操作系統的，用于VDC 數據后處理、報告、數據文件管理，以及存檔、分析和趨勢等應用。用戶可以按其需要的方式進行創建、備份、分割或合并路徑數據庫。

　　EDM 軟件通過USB 或以太網與CoCo80 設備進行同步，可以上載EDM 數據庫中的機器信息和路徑設置到 CoCo80 上，在數據采集完成后，采集到的數據可以下載到EDM 中，其中現場測量(路徑以外)的數據也同樣可以下載到EDM，與路徑采集的數據一同存儲。振動數據儀采集功能集成了“路徑采集”與“現場測量”兩種測量方式，其中現場測量方式允許用戶脫離采集路徑的限制，典型的測量應用如：升/降轉速測量、動態平衡等。

　　美國晶鉆CoCo80機械振動故障監測分析儀適用于DSA 和VDC 兩個市場。在此之前，傳統的DSA產品不適用于VDC 市場，主要原因在于DSA 產品體積大、功耗高，不便于攜帶。另一方面傳統的VDC 產品也不適用于DSA應用，因為其測量通道數少、精度、性能指標較低，而CoCo80目前能同時適應這兩個市場的產品，當用戶關心的是常規的振動數據采集，他可以選用VDC 模式;如果其應涉及高級的時間域信號分析，如長時間波形記錄、倍頻程分析或者數字濾波器等，他可以方便地切換到DSA 模式進行測試分析。這種雙模式的設計簡化了VDC 的用戶界面。

　　路徑巡檢采集

　　振動數據采集儀(VDC)是專為機器設備振動檢測和狀態監測行業而設計的，其用戶界面也與單純的動態信號分析儀功能不同。主要功能有：巡檢路徑和測量規程設置工具、標準的振動數據監測項目，如rms、 頻段rms、總量級rms、峰值等，以及時間波形、頻譜和包絡譜測量等。

　　使用時采集儀從PC 上接收一個或多個路徑設置，路徑設置是一個經過索引排序的文件，其包含了預告定義好的機器測點、測量規程和參數等信息。巡檢路徑在PC 機上進行設置，再上載到CoCo 儀器上。PCWindows 軟件EDM 可以方便地設置任意組合的巡檢路徑,工廠，機器和測量點，并提供管理、備份所有數據的功能。

　　上面左邊的圖是顯示了一個路徑的示例。右邊是根據測量規程正在進行的一個測點采集過程。下圖是巡檢路徑在EDM 軟件上進行編輯。

 

 

　　一個典型的振動數據采集過程包含以下步驟:

　　1. 用EDM 軟件，定義一系列測點，這些測點與具體的機器設備相關。

　　2. 為每個測點定義一個或若干個測量規程。每個測量規程定義了測量物理量及采用的傳感器，如加速度、速度、位移等，待測內容，如波形、頻譜、包絡譜等，以及相應的測量參數，如FFT 譜線數、加窗類型、平均方式等。

　　3. 一個數據采集巡檢路徑，由這些預定義的測點按規定的順序組成，也就是說一個”路徑”實際就是按某種順序對這些測點進行數據采集的測點列表。

　　4. 用戶將CoCo80 與PC 機聯接，從PC 機上載路徑，及相關的測點、測量規程信息到CoCo80

　　5. 具體負責數據采集工作的現場點檢人員，拿著CoCo80 按路徑的定義的順序，一個一個地采集相應的數據。

　　6. 采集完成后，CoCo-80 被帶回辦公室并與PC 機聯接，將采集好的振動數據下載到PC 機上。

　　7. zui后用戶可以在EDM 軟件上顯示、分析這些數據，并產生相應的趨勢,異常或報警報告。

 

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　　同步CoCo和PC機

　　通過幾種硬件接口，有多方式可以在CoCo 和EDM 軟件之間傳遞路徑和測量數據。EDM 軟件可以通過USB 或以太網接口與CoCo 保持信息同步。EDM 數據庫中發生的改變可以被更新到CoCo 中，同樣CoCo 中采集的數據也被復制到EDM 數據庫中，并與相應的測點、機器、工廠等信息相綁定。

　　另一個同步方式是，EDM 也可以直接從SD 卡上讀取CoCo 的測量數據，只要把SD 卡放入讀卡器就行了。

　　趨勢與報警

　　趨勢是指按一定的時間間隔存儲有效的振動數據記錄，并將這些振動數據的相關頻率的量級變化按時間繪制成圖形。如果發現某個頻率上量級的趨勢一直向上，就說明機器設備有隱患正在增大。zui簡單的應用振動趨勢概念的方法是先將一個正常工作狀態下的機器振動頻譜作為參考，或稱為基準線，然后將該機器zui近的頻譜測量結果與基準線進行比對。

　　在趨勢分析中，關鍵是要保持測量歷程的*性。所謂*性是指，相同的測量物理位置、相同的測量參數設置、相同的分析以及相同的信號提取算法，如果不能保持*性，這種比較就沒有意義了。當用FFT 分析儀或數據采集儀采集振動數據時，采用對頻譜進行多次平均以減少隨機量和無關的干擾，是非常重要的。

　　EDM 軟件和CoCo 支持多種趨勢分析，所有的讀值記錄都可以進行趨勢分析：

　　1.加速度 rms, peak and peak-peak、2.速度 rms, peak and peak-peak、3.位移 rms, peak and peak-peak

　　另一個高級的功能是用戶可以自定義若干頻率帶，并對這些頻帶的RMS 值進行趨勢分析。

 

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　　升/降轉速分析

　　升降轉速分析是一種實時的數據記錄和分析工具，用于其振動量級隨運行速度或時間而變化的機器設備，如在一個開停機的過程中，或其它一些應用中所引起的瞬態變化過程。一個主要的應用是用于確定機器設備的臨界/共振速度。分析結果可以多種方式顯示，以保證數據可以被zui合適抽取和顯示，以下是用戶常用 的顯示方式：

　　11頻帶RMS vs. RPM、11 n 階幅值 vs. RPM、11波特圖、11瀑布圖、1彩圖

　　這些圖形顯示可以使用戶快速地了解設備的振動量級與轉速或時間的變化關系。而且關鍵的是操作者可以鎖定機器設備的臨界或共振點的運行速度。另一方面，用戶也可以使用長時間波形記錄功能，來采集振動和轉速信號并以時間波形的方式存儲。這種長時間記錄波形可以用EDM 后處理軟件進行任意次數的離線分析。

　　原始的轉速脈沖信號波形

　　RPM vs 時間

　　RPM 瀑布圖 (常頻率帶寬)

　　RPM 彩圖 (常頻率帶寬)

　　頻帶 RMS vs RPM:

　　階次譜

　　兩個總量級 RMS 信號vs RPM

　　RPM 彩圖 (常階次域)

　　1x 階幅值 和相位vs RPM (波特圖)

　　1x 1x 階幅值 和相位極坐標顯示

　　軸心軌跡圖 (濾波后的)

 

　　撞擊測試

　　撞擊測試是分析一個機器或結構的模態響應的簡單方法。當受到沖擊時，一個機器或結構會產生一個寬頻帶的激勵，其中與結構的自然頻率*的激勵頻率成份，會使用結構產生共振，表現為在這些頻率帶上振動值比正常值要高。在撞擊測試期間,CoCo80 通過加速度傳感器測量振動的幅值和頻率，并且顯示幅值vs 頻率圖，其峰值代表了結構的固有模態，并且zui尖的峰值處就是有危害的幅值向量。

　　通常在大多數機器振動監測中，獲得精確的傳遞函數并不重要，而重要的是獲得結構的各階振動模態的頻率，位置，以及這些模態的阻尼比等參數。

　　CoCo 可以無需一個特別的帶力傳感器的沖擊力錘就可以進行撞擊測試，只要用一個合適的物體，如一根木棒，或硬像膠棒等擊打結構就可以。撞擊測試可以按設備“開機”和“關機”兩種模式進行。設備“關機”是推薦模式，指沒有旋轉或其它激勵激作用于設備，這樣一次撞擊測試可以測到清楚的共振動狀態，如下：

　　撞擊測試顯示

　　設備開機是應用于轉子仍然工作時，此時受迫激勵作用于整個振動系統中。此時采用一個特殊的測試算法:負平均法,顯示如下：

　　動平衡

　　同，現場動平衡功能可以引導用戶按步驟地對機器的安裝在軸承上的轉子進行平衡操作，使其正常工作。大型設備如汽輪機、電動機、發電機電樞等，經常需要在兩次大修間進行現場動平衡。糾正不平衡需要對1 個或2 個平面確定過重點，這取決于轉子半徑和剛度。一個過重點是指在轉子半徑上的某個位置，其質量超重。與過重點相反的徑向方向就是需要進行配重的位置。不過，除非預先知道平衡的狀態，否則無法確定配重點。因此大多數現場動平衡都采用影響因子方法來計算配重。

　　如圖，加速度傳感器安裝在轉子軸承上以采集振動信號。轉速信號用于計算旋轉速度并與振動信號同步，以計算轉子的轉動角度。

　　動平衡模擬圖

　　影響因子算法用于確定旋轉系統對于不平衡質量變化的反應程度。首先一塊試重被加到轉子上使用振動的幅值或相位產生變化。這塊已知質量和位置的試重塊生產的不平衡性影響，或稱影響系數被計算出來。單面動平衡過程用于確定一個面的質量位置響應系數，而多面動平衡過程用于確定多個平面的響應系數。鑒于初始配重后的振動可以看成是初始的不平衡性引起的反映，因此以此計算初始不平衡質量及影響因子。這就使得系統可以為每一個平面計算需要配置的質量和位置。初始平衡后通常還需要第二次平衡轉動以驗證平衡效果。

　　動平衡過程

　　測量2 個平面的不平衡向量

　　估計配重

　　給出配重安裝位置，指導安裝

　　完成后的信息匯總

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